一种双缸对置发动机消音器的制作方法

1.本发明涉及发动机消音器领域，具体是一种双缸对置发动机消音器。


背景技术：

2.随着工业化进程加速，园林工具技术得到了极大发展。大部分园林工具为便携式，功率不大。最大的是草萍机，为手推式，发动机采用1p65f、1p70f。随着园林工具使用范围的扩大，对园林工具的功率提出了新的要求。有些割草机前面的工作头要求带动小型旋耕机，有些小型旋耕机也有采用园林工具发动机为动力的。地钻提高功率后可以更快地钻直径更大的洞，汽油冲击镐功率大就可以更高效的完成专业且难度较高的野外作业。当然，完成这些作业都需要在发动机小型化变化不大的前提下；否则，重量增大便携性不好就失去了增大功率的意义。
3.当前，无人机的发展日新月异。汽油动力方面，很多无人机采用二冲程双缸对置发动机作为动力，它具有功率大、体积小、重量轻的优点，因此双缸对置发动机非常适合园林工具小型化大功率的要求。无人机采用双缸对置发动机工作平稳，并且无人机的双缸对置发动机采用双消音器，每个消音器由两颗螺栓螺母固定。无人机双缸对置发动机与消音器的装配结构如图1、图2所示，图1、图2中双缸对置发动机中间为曲轴箱6，曲轴箱6左、右两侧分别连通安装气缸2，两气缸2顶部通过进气管5同时进气，曲轴箱6内部的曲轴分别通过曲轴连杆总成4一一对应与两气缸2内部的活塞组件3连接，每个气缸2分别配置火花塞用于点火，每个气缸2底部分别通过方头螺栓13和消音器固定螺母12固定有消音器总成8，每个消音器总成8分别包括消音器壳体10，消音器壳体10顶部有进气口与对应气缸2底部的排气口连通，并且每个消音器总成8进气口与对应气缸2排气口之间结合处垫入有密封垫7，消音器壳体10内部分别被水平的隔板9隔分为上方的第一共振腔i和下方的第二共振腔ii，由隔板9的通孔连通第一共振腔i和第二共振腔ii，每个消音器壳体10底部分别连通安装有排气管11。
4.由于无人机工作负荷比较稳定，再加上水平对称布置气缸活塞结构完全对称，整个机器内力完全抵消，因而振动非常小。其两个消音器分别用两颗螺栓螺母固定完全满足要求。但园林工具发动机带动的工作机五花八门。有些负载平稳，振动不大，比如割草机及割草机动力带动的水泵、喷雾器。这些负载稳定，振动不大。有些则抖动非常大,比如地钻振动就较大；如果是冲击镐就更严重了，整个机器都在抖动。用两颗螺栓螺母固定，容易导致螺栓在不断振动中疲劳断裂，螺母松动，固定效果很不理想。
5.并且，双缸对置二冲程发动机要求发动机在运转过程中两活塞受力完全对称，使发动机内部内力完全平衡。此时发动机振动最小，并且输出功率损耗也最小。这就要求发动机要满足以下条件：两气缸吸入的气体量要绝对相等，同时点火，排出气体所受到的背压也要相同。原来的无人机发动机进气岐管两边岐管由于结构原因长度和形状有一点点差异。但是混合气经过两气缸的进气口进入曲轴箱后，在曲轴箱内混合，压力得到平衡，再进入各自的扫气道进入燃烧室。由于曲轴箱是两气缸扫气公用的，从曲轴箱进入两气缸的混合气
体进入扫气道前的压力都等于曲轴箱内压力，保证了进入两气缸的混合气体积相等，为燃烧后两缸废气压力相等创造条件，这是理想情况。实际上无人机双缸对置发动机两消音器是独立的。由于积碳等原因，两消音器排气阻力不一致,导致气缸排气时两活塞所受背压不等。两活塞受力大小不同，会产生不平衡力，引起机器振动，消音器也跟着振动。由于消音器只有两颗螺栓螺母固定，在振动的作用下，螺母容易松动，加剧了消音器螺栓折断，造成消音器容易失效，对机器的耐久性造成非常不利的影响。
6.同时，无人机双缸对置发动机的噪音也是很大问题。无人机在天上飞，噪音大些无所谓，但园林工具发动机与人可是形影不离的。研究表明，噪声在50～60db范围，会使人感觉烦恼，在60～65db，会使烦恼度大大增加，在65db以上，则人体健康有可能受到危害。噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关的系统、降低工作效率，严重的甚至造成安全事故。
7.综上，传统的无人机双缸对置发动机由于配置的双消音器结构不合理，导致其双缸对置发动机无法直接移植用于园林工具，因此需要对双缸对置发动机的消音器结构进行改进。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种双缸对置发动机消音器，以解决现有技术无人机双缸对置发动机由于消音器结构不合理无法用于园林工具的问题。
9.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
10.一种双缸对置发动机消音器，包括固定于双缸对置发动机中双缸排气口所在一面的消音器壳体，消音器壳体内部被隔板隔分为第一共振腔和第二共振腔，第一共振腔其与隔板相对的一侧壳壁设有两个进气口用于与双缸对置发动机两个气缸的排气口一一对应连通，第二共振腔其与隔板相对的一侧壳壁连通安装有两个向壳体外延伸的排气管，所述隔板中间设有触媒安装通孔，触媒安装通孔一端孔口位于第一共振腔内、另一端孔口位于第二共振腔内，触媒安装通孔内安装有触媒，所述第二共振腔对应于触媒安装通孔孔口位置设置有消音器出气挡板，所述消音器出气挡板与触媒安装通孔对应孔口之间有空隙。
11.进一步的，隔板中心轴线与消音器壳体中心轴线重合，所述触媒安装通孔、消音器出气挡板分别与隔板同轴，两个进气口以消音器壳体中心轴线为对称轴相互对称，两个排气管同样以消音器壳体中心轴线为对称轴相互对称。
12.进一步的，消音器出气挡板的板面面积大于或等于触媒安装通孔孔口面积。
13.进一步的，每个排气管内分别固定有筛网。
14.进一步的，所述消音器壳体与双缸对置发动机之间设有消音器隔热垫。
15.本发明通过对双缸对置发动机消音器结构改进，使消音器在双缸对置发动机振动较大时仍然能够稳固固定于双缸对置发动机，同时通过对消音器内部结构的改进，提高了消除噪声的能力。通过对消音器结构的改进，使双缸对置发动机能够应用于园林工具。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.1、消音器形成一个整体，固定后结构非常牢固。
18.2、平衡了气缸的排气背压，使两活塞受到完全对称的力。并且使进入气缸的气体体积完全相等，使机器点火后产生的压力也完全相等。从而机器工作时每一时刻内力完全抵消。机器振动非常小。并且机器效率更高，功率损耗较小。
19.3、消音器采用中低频、中高频、中低频消音，消音效果好。消音器体积增大，散热条件好，更好地降低了废气的温度，进一步降低了废气的压力，间接减弱了消音器噪音。
附图说明
20.图1是现有技术无人机双缸对置发动机与消音器装配结构侧剖视图。
21.图2是现有技术无人机双缸对置发动机配置的单个消音器结构俯视图。
22.图3是本发明消音器与双缸对置发动机装配结构侧剖视图。
23.图4是本发明消音器结构俯视图。
24.图5是本发明中双缸对置发动机压缩、进气时消音器工作原理图。
25.图6是本发明中双缸对置发动机做功、曲轴箱混合气预压缩时消音器工作原理图。
26.图7是本发明双缸对置发动机排气、曲轴箱混合气预压缩时消音器工作原理图。
27.图8是本发明双缸对置发动机排气、扫气时消音器工作原理图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.如图3
‑
图8所示，本发明一种双缸对置发动机消音器，包括通过方头螺栓13和消音器固定螺母12固于双缸对置发动机中双缸排气口所在的底面的消音器壳体10，该消音器壳体10的水平截面积满足能够完全覆盖住两个气缸2底部的排气口。
30.消音器壳体10内部被水平的隔板9隔分为上方的第一共振腔i和下方的第二共振腔ii，第一共振腔i其与隔板9相对的顶侧壳壁设有两个进气口用于与双缸对置发动机两个气缸的排气口一一对应连通，消音器壳体10顶部的每个进气口与对应气缸2排气口之间结合处垫入有密封垫7，除了密封垫7位置外，消音器壳体10整个顶面与双缸对置发动机之间设有消音器隔热垫19。第二共振腔ii其与隔板9相对的一侧壳壁连通安装有两个向壳体外延伸的排气管11。
31.其中，隔板9的中心轴线(竖直方向)与消音器壳体10的中心轴线(竖直方向)重合，两个进气口以消音器壳体10中心轴线为对称轴相互对称，两个排气管11同样以消音器壳体10中心轴线为对称轴相互对称。
32.隔板9中间同轴设有触媒安装通孔，触媒安装通孔上端孔口位于第一共振腔i内、下端孔口位于第二共振腔ii内，触媒安装通孔内安装有触媒14，第二共振腔ii对应于触媒安装通孔下端孔口位置固定有水平的消音器出气挡板15，消音器出气挡板15与触媒安装通孔同轴，消音器出气挡板15与触媒安装通孔下端孔口之间间隔有空隙，并且消音器出气挡板15的板面面积满足能够完全覆盖触媒安装通孔下端孔口。
33.每个排气管11内分别设置有筛网固定套16，筛网固定套16通过侧向螺钉17固定于对应排气管11中，筛网固定套16中固定有筛网18。
34.本发明固定方式改进说明如下：
35.要了解消音器安装可不可靠，可通过分析他的结构即可得出结论。图1为市面上某无人机消音器安装结构。它由两颗消音器固定螺母12、方头螺栓13将消音器总成8固定在气缸2上。由于消音器总成8是单独通过消音器固定螺母12固定的。两颗消音器固定螺母12将消音器总成8、消音器密封垫7紧紧压在气缸2上。从图2看出，密封垫7的面积不大，并且左右
方向极窄。并且密封垫7是有一定弹性的。在机器振动作用下，消音器总成8就容易以两颗方头螺栓13轴线所在平面与密封垫7所在平面相交形成的轴摆动。如果是无人机，由于其负荷非常稳定，而且水平对置的活塞组件3、与曲轴连杆总成4在水平方向完全对称。当机器工作时，曲轴连杆总成4带动活塞组件3在气缸2内运动，理想情况下，内力可以完全抵消，并且不平衡力也因为活塞组件3、曲轴连杆总成4完全对称的结构而互相抵消。因而振动极小。这样的固定方式还是比较恰当的，因为无人机发动机还有个功重比的性能指标考核，重量轻是他的第二目标。
36.而把上述水平对置动力移植到园林工具上时，照搬就有点不恰当了。首先，园林发动机往往负荷较大，再加上是二冲程动力，消音器总成8容易积碳。如果两消音器总成8因积碳或其他原因排气阻力不等，就容易导致气缸2排气阻力不相等。而因为两消音器总成8是相互独立的，会造成两气缸2排气阻力不一致。当活塞组件3运动到扫气位置时气缸2内的废气残余压力不相等，而两气缸2的扫气压力因为共用一个曲轴箱导致扫气压力始终等于曲轴箱的压力。在扫气过程中，两气缸2的扫气压力每分每秒都是相等的。而气缸内残余压力的不相等决定了进入两气缸2的可燃混合气体积不相等。最后导致做功冲程时两活塞组件3所受的爆发力不一致，造成机器振动。当机器连接有冲击镐、地钻这些振动大的工作机时，机器振动更大。消音器总成8在这一振动作用下，方头螺栓13容易折断，消音器固定螺母12容易松动。
37.为了解决这一问题，本发明将原来的两消音器总成合并成一个大的消音器，如图3所示，本发明消音器还是由原来的四颗消音器固定螺母12、方头螺栓13固定。虽然针对单个气缸2密封垫7还是原来的密封垫7。但是，由于本发明消音器是一个整体，当本发明消音器要围绕两颗方头螺栓13与密封垫7交点连线转动时，就会受到另外两颗消音器固定螺母12、方头螺栓13阻碍。由于两个气缸2排气口之间距离较远，另两颗消音器固定螺母12、方头螺栓13相对于前面交点连线较远，力臂较大，产生的力矩较大。使得本发明消音器得到极好的固定，即四颗消音器固定螺母12、方头螺栓13固定后形成的面积足够大，不管机器如何振动，本发明消音器都能牢牢固定在气缸2上。
38.本发明消音方式改进说明如下：
39.比较理想的降噪方式是从声源着手，改进结构设计，减少声源发出的噪声等级，这是最为有效的方法。但由于技术、成本等方面的限制，还不能从根本上杜绝噪声源。考虑到园林工具发动机的特殊性，只能从消音器内部想办法。
40.本发明消音器为抗性消音器，对于无人机来说比较合话，如图1、图2所示，从气缸2排气口排出的废气在第一共振腔i体积膨胀后再次通过隔板9上的孔到达第二共振腔ii。在第二共振腔ii再次膨胀后通过排气管11排出消音器总成8外。由于无人机在天上飞，消音器总成8噪声大些无所谓。但是移植到园林工具上就不合适。园林工具是手持工具，噪音不能太大，否则会影响操作人员身体健康。并且园林工具在地上，对排放有严格要求。
41.因此，本发明对消音器重新进行了设计，将原来两消音器总成8合并成本发明一个大的消音器，结构有所变化。本发明将原来两个消音器总成的第一共振腔、第二共振腔分别合并，本发明第一共振腔i与两气缸2排气口同时相通，第一共振腔i与第二共振腔ii之间隔板9上面有触媒安装孔用于安装触媒14。由于联接成一个新的消音器后，散热面积增大，可以更好地对废气降温降压。
42.工作原理：
43.发动机压缩、进气时如图5所示，当曲轴连杆总成4逆时针旋转时，带动活塞组件3向上止点移动。当活塞组件3顶部将气缸2排气口关闭后，气缸排气结束。活塞组件3继续上行，将气缸2内的混合气压缩。与此同时，当活塞组件3裙部下端离开气缸2进气口下端时，进气口逐渐打开。同时由于曲轴箱6随着活塞组件3的上移，容积不断扩大，产生负压，混合气在大气压作用下由两边的气缸2进气口进入曲轴箱6。此时，第一共振腔i内由于有残余压力，继续经过触媒14向第二共振腔ii排气。
44.发动机做功、曲轴箱混合气预压缩如图6所示，当活塞组件3继续往上移动，到点火提前角位置时，两边的火花塞1同时点火。活塞组件3经过一段很短的时间后越过气缸2上止点开始往下止点移动。此时混合气燃烧产生的压力刚好达到最大值。此时活塞组件3在燃烧产生的压力作用下向下止点移动做功。同时，随着活塞组件3往中间靠拢，曲轴箱6内容积不断减少，混合气在曲轴箱6内被预压缩。共振腔i继续经过触媒14向第二共振腔ii继续排气。
45.发动机排气、曲轴箱混合气预压缩如图7所示，活塞组件3往下止点移动的过程中，当活塞组件顶部超过排气口上部时，逐渐将气缸2的排气口打开，高压的废气在压力差作用下向本发明消音器的第一共振腔i高速排出。由于两气缸2向本发明消音器排出的废气都是排到同一个第一共振腔i内，因而两气缸2的排气背压相等，都等于第一共振腔i的压力。由于活塞组件3继续向下止点移动，曲轴箱6内混合气被进一步压缩，为扫气做准备。由于机器启动后，废气流过触媒14会产生阻力。因而本发明消音器的第一共振腔i内保持有一定的残余压力。这样，气缸2内排出的高温高压废气进入第一共振腔i后体积不会突然膨胀，就不会发出很大的噪音。在这一阶段，第一共振腔i在废气压力作用下，继续经过触媒14向第二共振腔ii排气。
46.发动机排气、扫气如图8所示，当大部分废气从气缸2排除后，并且活塞组件3继续往下止点移动，导致气缸2内压力迅速降低，曲轴箱内压力继续上升。当活塞组件3顶部比扫气口低时，扫气口打开，被预压缩的混合气从扫气道进入气缸2内，对气缸2内的废气进行驱逐。此时气缸2排气口、扫气口同时打开，机器进行换气。由于机器扫气压力都等于曲轴箱6内压力，气缸2排气压力都等于第一共振腔i的压力，因而保证了无论在什么情况下，扫气进入两气缸2的混合气体积相等，从而混合气爆发出的废气压力也相等，为对置动力两活塞组件3始终受到平衡力的作用创造了条件。
47.本发明消音器中低频噪声消除原理说明如下：
48.当机器工作时，两气缸2废气通过排气口首先排入第一共振腔i。合并后的第一共振腔ⅰ体积变大，短时间能容纳更多的废气，使气缸2排气阻力较小，减少了功率损耗。第一共振腔ⅰ与气缸2排气口形成一个抗性消音结构。抗性消声结构适用于消除中、低频噪声。
49.两气缸2废气排出气缸2后，通过排气口进入第一共振腔ⅰ。这两股废气从本发明消音器两端流向中部。由于两股气流压力流量相等，方向相反。两股气流动能相互抵消，转化为热能，使废气温度升高，经过触媒14时方便燃烧未燃尽的废气。在第一共振腔ⅰ的作用下，大部分中低频成分被抵消。
50.气流通过触媒14进入第二共振腔ⅱ。为了不使在触媒14内燃烧后的废气不直接喷到消音器壳体10底部，以免新消音器壳体10过热，导致触媒14旁边的塑料外壳(塑料外壳包裹在发动机外部，图中未示出)熔化，在触媒14出口外部安装有一个消音器出气挡板15。消
音器出气挡板15的作用是挡住废气，让废气往消音器壳体10内两边流动，进入两侧的第二共振腔ⅱ，最后筛网18过滤掉废气中的火星后经过排气管11排入大气。触媒14出口与第一共振腔ⅰ一样，触媒14出口与第二共振腔ⅱ形成第二个抗性消音结构。
51.第一共振腔ⅰ与第二共振腔ⅱ通过选取适当的参数进行组合.就可以分别滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。第一共振腔ⅰ与第二共振腔ⅱ适合于消除中、低频噪声。
52.本发明中高频噪声消除原理说明如下：
53.废气从第一共振腔i穿过中间的触媒14到达第二共振腔ii。由于触媒14在发动机工作后温度较高，未燃尽的燃油在此进行二次燃烧，以满足日益严格的排放要求，使排出的废气符合环保要求。同时，触媒14为多孔丝网状，内部丝网纵横交错。废气流过触媒14的孔隙中时，未燃尽的可燃物在这里进一步燃烧，同时一部分声能在孔隙中产生摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。大部分中高频噪声被滤除。燃烧完全的废气进入第二共振腔ii膨胀，体积增大，温度进一步下降。最后滤除了一部分中高频噪声后从两个对称的排气管11排出。
54.通过利用园林工具发动机的特点，因地制宜降低了低中高频噪音，满足了使用要求。
55.本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。